板料与型材成形柔性模具

传统的金属板料加工方法主要用模具在压力机上进行冷冲压成形，具有生产效率高、适用于大批量生产的优点。随着市场竞争日趋激烈，产品的更新速度日益加快，新产品成形模具的开发往往成本高、风险大、耗时长、柔性差。因此，迫切需要一种能够降低新产品模具开发成本和风险并缩短研制周期的新技术。

柔性模具技术就是为适应这一趋势而发展起来的一种柔性生产技术。柔性模具技术的基本思想是采用可变形的结构或材料去代替或部分代替传统的刚性模具用来加工制造不同形状的零件。它可以显著降低零件的制造成本，缩短零件的制造周期，是一种越来越受到人们重视的快速制造技术。本文在国内外研究成果的基础上，总结分析了柔性模具的关键技术和发展趋势。

1、多点刚模成形方法

多点柔性模具技术又称为可重构离散模具技术，它采用若干个规则排列的、高度可调的基本体，通过其端面形成多点可调的包络面，以代替传统刚性模具。在1985到1991年，MIT和CyrilBath公司及海军研究实验室设计制造了一种新型的可自动调整型面的拉伸成形离散模，使用时其表面覆一层弹性垫层以防止板料表面产生凹坑。

2、多点压边圈变压力拉深成形技术

近年来，多点压边圈变压力拉深成形技术得到应用。通过控制各点的压力，调整拉深件法兰的摩擦力，从而控制材料的流动，实现复杂形状材料的拉深成形。

离散模技术

当前这种离散模技术可以实现钣金零件的无模成形，易于实现CAD/CAE/CAM/CAT一体化及板料成形自动化.进一步发展可形成无模工厂。

多点成形技术

即通过零件设计、成形过程模拟和模具设计，由可重构的离散模进行拉伸成形，再由可重构的切边工装进行激光或水切割，而后通过快速形状测量系统进行形状测量，反复加工直至零件满足形状和精度要求。多点成形技术可以节省大量的模具设计、制造及修模调试的费用，特别是针对大尺寸、小批量零件,这种优越性更加突出。

3、软模成形方法

软模成形是采用某种材料（如固态的橡胶、聚氨酯等弹性材料，液态的水、油、压缩空气及粘塑性材料等）代替刚性凸模或凹模作为成形的传力介质，配合另一刚性凹模或凸模，在传力介质作用下使板材贴模成形。与传统的板料冲压方法相比，软模成形具有模具制造成本低、周期短、成形零件表面质量好、形状复杂以及回弹小、起趋小等优点。板材软模成形根据传力介质物态特性的不同，主要可分为固态软模成形、半固态软模成形及液（气）态软模成形3种。

（1）固态软模成形

固态软模成形是以固态材料作为成形传力介质，填蜡胀形、橡皮成形、橡皮囊成形及固体颗粒介质传压成形等都属于此类。其中应用最为广泛的是采用聚氨酯橡胶等弹性材料作为成形软模的橡皮成形。

在固态软模成形中的固体颗粒介质传压成形方面，固体颗粒管材成形是采用固体颗粒代替刚性凸模（或弹性体、液体）对管材进行成形的工艺。固体颗粒传压介质为钢球或天然细砂等。成形过程中，坯料表面的压力是可控制的，这样可以通过控制不同部位的变形顺序，有效地防止管坯在变薄区开裂，故该工艺为高强度、低塑性、难变形管材成形提供了先进的制造技术。

在固态软模成形中的柔性滚弯成形方面，型材柔性垫弯曲是一种高度柔性的弯曲方法，利用压辊将坯料压入到超弹性的柔性垫中，利用柔性垫对坯料产生的包容、分布的弯矩实现型材的弯曲。在成形过程中，根据型材的截面形状、相对厚度及抗弯截面系数等选择合理的成形工艺参数，通过调节压辊的压入深度和坯料的水平位移，可以得到具有不同曲率半径的型材弯曲件。与传统的弯曲方法相比，生产的弯曲件具有表面质量好、成本低等优点，适用于航空航天工业中小批量甚至单件零件的生产。另外，采用具有可弯曲性能的辊状物体作为成形工具，结合多点调形技术实现三维曲面板类件的柔性成形。多点滚压成形可以实现球形件、鞍形件、扭曲形件、盘形件、筒形件和自由曲面件等三维曲面件的高效、连续成形。

（2）液（气）态软模成形介质成形

板材液压成形技术根据流体介质可进一步分为液压胀形技术和充液拉深技术。液态传力介质的流动性好，其特点是压力分布均匀，对于变形区内变形程度较大和较小的区域都施加相同的压力。

（3）半固态软模成形

半固态软模成形是近年来发展起来的一类新板材软模成形技术，它采用的传力介质介于液态和固态之间，因此具有独特的特点。

与固态弹性软模成形相比，由于半固态物质流动性较好，因此粘性介质可更好地在压力腔内形成高压，能很好地填充小圆角和复杂型面，可避免由于局部成形压力不够而不能完全贴模的现象，因而成形的零件形状更加复杂，而与液态的水或油相比又降低了对密封的要求。